RELAI JARAK (DISTANCE RELAY)_COK.pdf

PROTEKSI SISTEM LISTRIK

RELAI JARAK

AGUS.R.UTOMO

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS INDONESIA JAKARTA


RELAI JARAK

1. PRINSIP DASAR • Relai jarak (distance Relay) adalah relai yang mengukur tegangan saluran (line voltage) dan arus saluran (line current) pada lokasi relai dan mengevaluasi perbandingan kedua besaran tersebut. • Contoh :

Gambar 1. Gangguan pada sistem tenaga listrik Dalam contoh ini relai berada pada bus A. • Relai tidak memproteksi seluruh jarak (panjang) saluran (A-B), melainkan bekerja hanya pada jarak tertentu berdasarkan jarak (jangkauan) proteksinya ( k ) yang disebut jarak setting (reach setting), dalam satuan jarak. • Relai Jarak digunakanuntuk memproteksi saluran transmisi AGUS R.UTOMO – DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO – UNIVERSITAS INDONESIA – JAKARTA

1


AGUS R.UTOMO – DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO – UNIVERSITAS INDONESIA – JAKARTA

RELAI JARAK

2



RELAI JARAK

3


RELAI JARAK

2. PERBANDINGAN IMPEDANSI SUMBER DAN IMPEDANSI SALURAN Saluran (Line)

Sumber (Source) ∼

R

ZL

ZS

R IR

Rangkaian ekivalen :

VS V

ZL VL = VR

VR

ZL = Impedansi Saluran ZS = Impedansi Sumber = Besar daya (MVA) gangguan pada titik relai

Gambar 2. Rangkaian sistem sederhana


4


RELAI JARAK

• Loop impedansi sederhana dengan tegangan V, seperti gambar 2, tergantung dari jenis gangguannya : a. Gangguan fasa. b. Gangguan Tanah. • Khusus gangguan tanah, tergantung dari metode sistem pentanahan dibelakang titik relai. VR = IR . ZL

Persamaan tegangan relai VR.

IR = VR =

VR =

V ZS + ZL ZL V ZS + ZL

1  Z S  + 1   Z L    


V

(4)

5


RELAI JARAK

• ZL = Impedansi saluran. • IR = Impedansi relai. • VR = Tegangan Relai = IR. ZL untuk gangguan pada titik jangkauan yang diekpresikan dengan dan tergantung dari rasio (ZS/ZL). Persamaan (1) berlaku untuk segala jenis gangguan, dengan syarat : 1. Gangguan Fasa V merupakan tegangan delta (segitiga) V∆ dan ZS/ZL adalah perbandingan impedansi urutan positip sumber/saluran. VR =

1  Z S  + 1   Z L    


V∆

(5)

6


RELAI JARAK

2. Gangguan Tanah V merupakan tegangan Bintang (segitiga) VY dan ZS/ZL adalah perbandingan impedansi urutan positip sumber/saluran. VR =

1  Z S  + 1   Z L    

VY

(6)

ZS = 2ZS1 + ZS0

ZL = 2ZL1 + ZL0 VY =

V∆ 3


7


RELAI JARAK

Gambar 3. Contoh pengaruh perbandingan impedansi (ZS/ZL) pada posisi relai : a. Ketika (ZS/ZL) = 1 , b. Ketika (ZS/ZL) = 7 , c. Ketika (ZS/ZL) = 0.33 AGUS R.UTOMO – DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO – UNIVERSITAS INDONESIA – JAKARTA

8


RELAI JARAK

3. JENIS-JENIS RELAI JARAK Berdasarkan karakteristik trippingnya, relai jarak dibedakan menjadi beberapa jenis, yaitu : a. Relai Impedansi. b. Relai Reaktansi. c. Relai Admitansi (Mho). d. Relai Ohm. e. Relai Offset Mho.


9


RELAI JARAK

3.1. Relai Impedansi Relai Impedansi mengukur jarak dengan membandingkan arus dan tegangan gangguan pada loop gangguan itu sendiri.

Gambar 3. Karakteristik operasi relai Impedansi AGUS R.UTOMO – DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO – UNIVERSITAS INDONESIA – JAKARTA

10


RELAI JARAK

Berdasarkan persamaan komparator amplitudo : ( K12 − K 32 ) A + 2 A B {K1K 2 cos( θ 2 − φ ) − K1K 2 cos( θ 2 − φ )} + ( K 22 − K 42 ) B 2

2

=0

Bila sinyal inputnya dijaga konstan, maka : S1 = K1V S2 = K 4I K 2 = K 3 = 0( K12 −;K32 )A| a |2=2CV ;

B=I

Substitusikan keaddan ini ke dalam persamaan di atas, maka : K12 V

2

= K 42 I

2

V K = 4 I K1

(7)

Z = Konstanta = K AGUS R.UTOMO – DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO – UNIVERSITAS INDONESIA – JAKARTA

11


RELAI JARAK

3.2. Relai Reaktansi Pada umumnya relai ditentukan oleh komparator fasa, namun relai reaktansi justru membandingkan nilai reaktansinya. Dari persamaan komparator fasa tersebut : ( K1 K 3 ) A + {K1 K 4 cos( θ 4 − φ ) − K 2 K 3 cos( θ 2 − φ )} A B + ( K1K 3 ) B cos( θ 2 − θ 4 ) = 0 2

2

Sinyal-sinyal masukan pada komparator : S1 = − KV + K ' I∠ (θ − φ ) S 2 = K ' I∠ (θ − φ )

K1 = − K K 2 = K 4 = K ' ∠θ K3 = 0 A =V ;


B=I

12


RELAI JARAK

− KK ' cos( θ − φ )}V I + K '2 I Z cos( θ − φ ) =

Z sin φ =

K' K

2

=0

K' K

(8)

X =

K' K

(9)

X

X =

K' K

0


R

13


RELAI JARAK

3.3. Relai Mho (Admitansi) Bila rangkaian komparator diberi input sinyal S1 dan S2 seperti berikut : S1 = − KV + K ' I∠ (θ − φ ) S 2 = KV K1 = − K K 2 = K ' ∠θ K3 = 0 A =V ;

K4 = 0 B=I

Substitusikan kondisi-kondisi di atas ke dalam persamaan komparator : − K2V

2

+ KK ' cos( θ − φ )}V I = 0 I K cos( θ − φ ) = V K' K Y cos( θ − φ ) = K'


( 10 )

( 11 )

14


RELAI JARAK

Gambar 5. Karakteristik operasi relai Mho (Admitansi) AGUS R.UTOMO – DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO – UNIVERSITAS INDONESIA – JAKARTA

15


RELAI JARAK

3.4. Relay Kombinasi (Offset Mho) S1 = − KV + K 2 I∠ (θ − φ ) S 2 = KV + K 4 I∠ (θ − φ ) K1 = − K

K 2 = K 2∠θ A =V ;

K3 = K

K 4 = K 4∠θ

B=I

Substitusikan ke dalam persamaan komparator : − K 2V 2 + {− KK 4 cos( θ − φ ) + KK 2 cos( θ − φ )}VI + K 2 K 4 I 2 = 0

Bila Z =

V , maka : I − K 2 Z 2 + K 2 K 4 + KZ ( K 2 − K 4 ) cos( θ − φ ) = 0

Dan Z 2 = R 2 + X 2 ,

sehingga :


16


RELAI JARAK

R2 + X 2 −

Atau :

K2K4 K

2

−

K2K4 K

2

2

( R cos θ + X sin θ ) = 0 2

 2 ( K 2 − K 4 ) cos θ   2 ( K 2 − K 4 ) sin θ   (K 2 + K 4 )  R − + R − ≤       2K 2K 2K      

2

( 12 )

Gambar 6. Karakteristik operasi relai Offset Mho (Admitansi) AGUS R.UTOMO – DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO – UNIVERSITAS INDONESIA – JAKARTA

17


RELAI JARAK

3.5. Relai Quadrilateral

.

Gambar 7. Karakteristik operasi relai Mho (Admitansi) AGUS R.UTOMO – DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO – UNIVERSITAS INDONESIA – JAKARTA

18


RELAI JARAK

4. ZONA PROTEKSI 4.1. Persyaratan Skema Relai Jarak • Relai jarak harus dapat bekerja dengan baik untuk tugas ganda, yaitu sebagai Proteksi utama (primer) dan Proteksi Back-up. • Proteksi primer harus bekerja cepat dan tanpa waktu tunda. • Proteksi back-up harus bekerja jika dan hanya jika proteksi primer gagal bekerja. Relai jarak harus mampu bekerja pada multi zona proteksi sesuai dengan selektivitas yang ketat dan persyaratan ketelitian.

Gambar 8. Contoh pembagian zona proteksi relay jarak pada sistem tenaga listrik AGUS R.UTOMO – DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO – UNIVERSITAS INDONESIA – JAKARTA

19


RELAI JARAK

4.2. Peningkatan Waktu Kerja Relai Jarak Peningkatan waktu kerja relai jarak terdiri dari 2 metoda, yaitu : a. Metoda Waktu – Jarak. Peningkatan waktu kerja relai terjadi sebagai fungsi dari peningkatan jarak antara relai dan lokasi gangguan. b. Metoda Jarak Definite. A. Metoda Waktu – Jarak Koordinasi relai (lihat gambar 9a), • tA-tB = 0.5 det., sehingga gangguan pada seksi BC, relai di B bekerja pertama. • Relai di A berfungsi sebagai backup proteksi. • tB-tC = 0.5 det, bekerja dengan pola yang sama. • Jenis proteksi seperti ini disebut proteksi lambat (berkecepatan rendah). • Tidak tepat untuk proteksi sistem transmisi yang harus segera menghilangkan efek gangguan secara cepat, untuk mencaga stabilitas sistem tenaga listrik.


20


RELAI JARAK

Gambar 9a. Peningkatan waktu relai jarak pada penyulang radial Metoda Waktu - Jarak AGUS R.UTOMO – DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO – UNIVERSITAS INDONESIA – JAKARTA

21


RELAI JARAK

Gambar 9b. Peningkatan waktu relai jarak pada penyulang radial Metoda Jarak Definite AGUS R.UTOMO – DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO – UNIVERSITAS INDONESIA – JAKARTA

22


RELAI JARAK

B. Metoda Jarak Definite Koordinasi relai (lihat gambar 9b), Relai bekerja dengan langkah-langkah karakteristik dalam 3 tingkatan. • Zona 1. Jarak gangguan yang mungkin terjadi diperkirakan (ditentukan) sebelumnya- 80 % dari jarak penyulang yang diproteksi, sehingga pada zona tersebut relai akan bekerja dengan cepat untuk sembarang gangguan dan tripping bisa terjadi. • Zona 2. Meliputi sisa jarak zona 1 ditambah backup proteksi untuk penyulang berikutnya sekitar 40 % dari panjang penyulang tersebut, denga penambahan waktu tunda (biasanya 0.5 det.). • Zona 3. Meliputi sisa jarak zona 2 dan seluruh jarak zona 3 yang harus diproteksi, dengan waktu tunda berdasarkan waktu kerja zona 2. • Parameter utama yang membuat relai jarak bekerja adalah : 1. Pengukuran impedansi atau reaktansi. 2. Jarak 3. Waktu AGUS R.UTOMO – DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO – UNIVERSITAS INDONESIA – JAKARTA

23


RELAI JARAK

Untuk mendapatkan nilai maksimum (puncak) impedansi pada seksi n dapat dicari dengan : • Zona 1 (80% dari seksi proteksi) :

• Zona 2

(n) ( n) Z maks = 0 . 8 Z L (1)

( 13 )

(n) ( n) ( n +1) Z maks = Z + 0 . 4 Z L L ( 2)

( 14 )

t2 = t1 + ∆t

Z(n) maks(1) = Impedansi setting maksimum ( peak ) di zona1 Z(n) maks(2) = Impedansi setting maksimum ( peak ) di zona2

Z L( n ) = Impedansi saluran seksi proteksi

t1 = Waktu setting zona 1,

t2 = Waktu setting zona 2,


∆t = 0.5 (waktu tunda) 24


RELAI JARAK

5. TAHANAN GANGGUAN Tahanan gangguan terdiri dari 2 komponen utama , yaitu : a. Tahanan Busur b. Tahanan tanah, hanya ada bila terjadi gangguan tanah. Tahanan Busur dihitung denngan pendekatan rumus empiris Warrington : Rarc =

2.9 x 104 L I

1 .4

( 15 )

Rumus empiris yang biasa diaplikasikan di Russia (Uni Sovyet) Rarc = 1050


L I

( 16 )

25


RELAI JARAK

Rarc =

VL I

υ t

50 (VL + 47υt ) I

= Tegangan nominal antar fasa = Arus gangguan = Kecepatan angin = Waktu


( 17 )

[ kV ] [A] [ km/jam ] [ detik ]

26


RELAI JARAK

6. JANGKAUAN RELAI JARAK • Impedansi saluran sebanding panjang saluran dan merupakan parameter utama

untuk menghitung jarak dari gangguan terhadap lokasi relai. • Relai akan mengukur tegangan ( V ) dan arus ( I ) sistem primer melalui : a.Transformator Tegangan (Voltage Transformer ; VT). b.Transformator Arus (Current Transformer ; CT). • Nilai Impedansi Sekunder ( Zsek) yang digunakan untuk setting relai terbentuk

dari : I pri Z sek =

Rasio CT x Z pri = U Rasio VT

I sek pri

x Z pri

( 18 )

U sek

Iprim /Isek = Rasio Transformator Arus Uprim/Usek = Rasio Transformator Tegangan AGUS R.UTOMO – DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO – UNIVERSITAS INDONESIA – JAKARTA

27


RELAI JARAK

• Komponen DC pada gelombang arus gangguan akan menyebabkan jangkauan lebih transien (Transient OverReach; TOR). Jangkauan lebih transien didefinisikan sebagai : TOR =

Zos − Zsy x 1 00 % Zsy

( 19 )

Zos = Impedansi maksimum yang menyebabkan relai bekerja sesuai dengan nilai arus yang diperkirakan. Zsy = Impedansi maksimum yang menyebabkan relai bekerja sesuai dengan nilai arus simetri pada komponen Zos. • Jangkauian Proteksi disebut juga sebagai Zona Proteksi.


28


RELAI JARAK

• Zona 1 Diset untuk memproteksi 80 % - 85 % panjang jarak A-B, tanpa waktu tunda. Setting jangkauan ini sengaja dipilih untuk : 1. Menghindari jangkauan lebih (over reach) ke dalam seksi saluran berikutnya. 2. Menjamin selektivitas berkaitan dengan error dan transien yang muncul pada transformator arus dan transformator tegangan. 3. Desain manufaktur sebagai Batas Toleransi Keakurasian Pengukuran relai. • Zona 2 Diset untuk memproteksi 100 % panjang jarak A-B, ditembah 20 % jarak terpendek BC, dengan waktu tunda t2 (≈ ≈ 0.5 det). • Zona 3 Diset untuk memproteksi 100 % panjang jarak A-B, B-C, ditambah 25 % jarak terpendek CD, dengan waktu tunda t3 (≈ ≈ 1.5 det).


29


RELAI JARAK

Proteksi Saluran Tipikal AGUS R.UTOMO – DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO – UNIVERSITAS INDONESIA – JAKARTA

30


RELAI JARAK

TABEL 1. DAFTAR KODE ANSI/IEEE UNTUK RELAI PROTEKSI YANG BERBEDA JENIS


31

RELAI JARAK (DISTANCE RELAY)_COK.pdf

Recommend Documents